CN100539819C - 微通道散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种散热装置(20)，该散热装置(20)用于使冷却剂流入伸入歧管的进口边缘(32)的进口歧管通道(44)，在此使冷却剂流向下进入与延伸歧管通道(44，46)交叉延伸的平行且隔开的多个微通道(28)，并将冷却剂再次向上引导进入并流出伸入歧管的出口边缘(32)并与进口歧管通道(44)交替的出口歧管通道(46)；并通过将微通道(28)的底面宽度(bw)保持在40至100微米之间；将微通道(28)的底面高度(bh)保持在200至400微米之间；将穿过歧管通道(44，46)的歧管高度(mh)保持在1000至3000微米之间；以及将歧管通道(44，46)的歧管宽度(mw)保持在350至1000微米之间。

Description

微通道散热装置
技术领域
本发明提供用于从热源向冷却剂流体传热的散热装置和工作方法。
背景技术
诸如集成电路等电气元器件产生热，由于热对电气元器件有负面影响，所以必须将热散去或冷却。散热装置一直以来用于散热并包括位于电子发热元器件所设置的冷却板或冷却基座上的重叠通道的连续叠层。Gruber等人的美国专利5,388,635公开了这样的一种散热装置。典型地来讲，平的冷却板或冷却基座提供多个全部在冷却板内延伸相同的距离的平行通路或通道，而歧管板覆在该冷却板之上。电子元器件安装在与冷却板相反的一侧，冷却剂流过这些通路，以便从电子元器件吸取热量。
制造降低制造成本而使吸热能力最大化，降低散热装置质量同时使吸热能力最大化的散热装置是一直以来所追求的目标。
发明内容
本发明提供一种散热装置和从热源向冷却剂流体传热的方法，传热通过以下方式进行：使冷却剂流入伸入歧管的进口边缘的进口歧管通道，在此处使冷却剂流向下进入与歧管通道交叉延伸的平行且隔开的微通道，并将冷却剂再次向上引导而进入并流出伸入歧管的出口边缘并与进口歧管通道交错的出口歧管通道。通过将微通道的底面宽度保持在40至100微米之间、底面高度保持在200至400微米之间、将穿过歧管通道的歧管高度保持在1000至3000微米之间并将歧管通道的歧管宽度保持在350至1000微米之间来获得增加的效率。
因此，本发明提供一种通过优化影响冷却剂流和传热的参数的工作关系来最大化传热的散热装置。
附图说明
通过下面的详细描述并结合附图，就会容易地理解本发明的其它优点，在这些图中：
图1是以虚线显示盖的本发明中的散热装置的优选实施例的装配图；
图2是局部切去的截面透视图；
图3是分解图；
图4是示出不同流通道之间的关系的平面示意图；
图5是示出不同流通道之间的关系的截面示意图；以及
图6是用于将冷却剂流过本发明中的散热装置的系统的示意图。
元件列表
 
元件符号 元件名称
20 散热装置
22 热源
24 盖
26 基座
28 微通道
30 歧管板
32 边缘
34 端部
36 肩
38 凹面
40 进口管
 
42 出口管
44 进口歧管通道
46 出口歧管通道
48 耳部
50 液体冷却系统
52 泵
54 贮藏罐
56 风扇
58 散热装置
bh 底面高度
bw 底面宽度
mh 歧管高度
mt 歧管厚度
mw 歧管宽度
wt 壁厚
具体实施方式
参看附图，其中在全部几个附图中相同的附图标记表示对应的部分，散热装置20显示为一般用于从热源22或者电子元器件向冷却剂流体传热。
散热装置20由包括盖24和基座26的外壳所限定，基座26为具有顶面、底面和平行微通道28的平的冷却板，所有的微通道28延伸相同的距离，并分别具有底面宽度bw和进入基座顶面的底面高度bh。
歧管板30具有限定歧管厚度mt的顶面和底面，该底面覆于微通道28之上，且具有在相对的端部34之间延伸的间隔边缘32。盖24具有与基座接合的周边和与歧管板30的端部34接合的内肩36，以便限定位于周边内并且与歧管板30的顶面接合的凹面38。歧管板30的边缘32限定进口边缘32(位于图的右侧)和出口边缘32(位于图的左侧)，每个边缘与内肩36隔开，以在进口边缘32和内肩36之间限定进口压力室(plenum)，并在出口边缘32和内肩36之间限定出口压力室。进口管40伸入盖24，以使流体流入进口压力室，且出口管42伸入盖24，以使流体流出出口压力室。
歧管板30提供伸入进口边缘32的进口歧管通道44和伸入出口边缘32的出口歧管通道46，每个歧管通道以与相对的边缘32呈隔开的关系终止。如图4所示，进口歧管通道44和出口歧管通道46交替以限定矩形隔室，其中X表示流入通道44，46；O表示流出通道44，46。这种流布置的结果是低的压力降，因为在液流进入微通道28时液流收缩，在液流逆行并流出微通道28时液流膨胀。壁厚wt限定或存在于歧管通道44，46之间，其中进口歧管通道44从出口边缘32与出口歧管通道46交替。歧管通道44，46具有歧管宽度mw和等于歧管厚度mt的歧管高度mh。
盖24和基座的外部构造为圆形并且包括沿径向延伸耳部48，以匹配接合并限定容纳螺栓的螺栓孔，来将盖24密封于基座上，且将歧管夹在其间。将适当的衬垫夹在匹配部件之间。
正如将会理解的那样，歧管通道44，46横向延伸穿过基座内的微通道28，因此，如图4和图5所示，冷却剂从进口管40流动而进入进口压力室并进入进口歧管通道44，在此处使冷却剂流向下进入微通道28，在此处将冷却剂再次向上引导而进入出口歧管通道46并流出而进入出口压力室，以便从出口管42流出，来传送来自与基座外部接合的热源22的热量。为了获得最大工作效率，将微通道28的底面宽度bw保持在40至100微米之间，将进入微通道28的基座的底面高度bh保持在200至400微米之间，将穿过歧管通道44，46的歧管厚度的歧管高度保持在1000至3000微米之间，并将歧管通道44，46的歧管宽度mw保持在350至1000微米之间。此外，微通道28的壁厚为50微米。为了更加完善，热源22的供热面积与由微通道28所覆盖的基座的底面的有效传热面积之比在0.7至1之间。
因此，本发明提供一种从热源22向冷却剂流体传热的方法，传热通过以下方式进行：使冷却剂流入伸入歧管的进口边缘32的进口歧管通道44，在此处使冷却剂流向下(如图4中的X所示)进入与歧管通道44，46交叉延伸的平行且隔开的微通道28，并将冷却剂再次向上(如图4中的O所示)引导而进入并流出伸入歧管的出口边缘32并与进口歧管通道44交替的出口歧管通道46，并且，将微通道28的底面宽度bw保持在40至100微米之间，将微通道28的底面高度bh保持在200至400微米之间，将穿过歧管通道44，46的歧管高度mh保持在1000至3000微米之间，并将歧管通道44，46的歧管宽度mw保持在350至1000微米之间。
该方法还具有将通过歧管通道44，46以及微通道28的冷却剂的流速保持在0.2至0.3加仑/分钟(GPM)之间的特点。
参看图6，该图在总体上示出了将散热装置20结合在液体冷却系统50中的操作。工作流体移动装置，如泵52，移动冷却流体流，通常是液体，通过储存过量的冷却流体的冷却流体贮藏罐54伸入歧管的出口边缘32并与进口歧管通道44交替泵52移动冷却流体通过热交换器，以将来自冷却流体的热量散去。热交换器包括风扇56和散热器58。散热器58可为包括管道以及位于管道之间散热片在内的熟知的类型，以在通过管道的冷却流体与由风扇56的作用下通过散热装置58的空气之间交换热量。
显然，根据以上教导可对本发明进行多种修改和变化。在所附的权利要求书的范围之内，可以以本说明书中所明确描述的方式之外的其它方式来实施本发明。

Claims (6)

1.一种用于从热源(22)向冷却剂流体传送热量的散热装置(20)，包括：
包括限定冷却板的平基座(26)的外壳，所述冷却板具有均延伸相同的距离并分别具有底面宽度和进入所述冷却板的底面高度的平行微通道(28)，
具有限定歧管厚度的顶面和底面的歧管板(30)，所述底面覆于所述微通道(28)之上并具有在相对的端部(34)之间延伸的间隔边缘(32)，
所述外壳提供与所述歧管板(30)的端部(34)接合以限定与所述歧管板(30)的顶面接合的凹面(38)的内肩(36)，
所述歧管板(30)的边缘(32)限定分别与所述内肩(36)隔开的进口边缘(32)和出口边缘(32)，以在所述进口边缘(32)与所述内肩(36)之间限定进口压力室，且在所述出口边缘(32)与所述内肩(36)之间限定出口压力室，
所述歧管板(30)提供伸入所述进口边缘(32)的进口歧管通道(44)和伸入所述出口边缘(32)的出口歧管通道(46)，且所述歧管通道分别与相对的边缘(32)呈隔开关系终止，
所述进口歧管通道(44)与所述出口歧管通道(46)交替以限定位于下面的微通道(28)的壁厚，以使来自所述进口边缘(32)的歧管通道(44，46)与来自所述出口边缘(32)的歧管通道(44，46)交替，且所述歧管通道(44，46)具有歧管宽度和与所述歧管厚度相等的歧管高度，
所述歧管通道(44，46)横向延伸穿过所述基座中的微通道(28)，由此冷却剂从进口管(40)流入所述进口压力室并进入所述进口歧管通道(44)，在此使所述冷却剂流向下流入所述微通道(28)，在此将所述冷却剂再次向上引导而进入所述出口歧管通道(46)，流出并进入所述出口压力室，以便从出口管(42)排出，以从与所述基座外部接合的热源(22)传送热量，
所述微通道(28)的底面宽度在40至100微米之间，
所述微通道(28)进入所述基座的底面高度在200至400微米之间，
所述歧管通道(44，46)的歧管高度在1000至3000微米之间，以及
所述歧管通道(44，46)的歧管宽度在350至1000微米之间。
2.根据权利要求1所述的散热装置(20)，其特征在于：所述热源(22)提供的面积与所述基座的底面面积之比在0.7至1之间。
3.根据权利要求1所述的散热装置(20)，其特征在于：所述壁厚为50微米。
4.一种用于从热源(22)向冷却剂流体传送热量的散热装置(20)，包括：
包括盖(24)和基座的外壳，
所述基座为具有顶面、底面和均延伸相同的距离并且分别具有底面宽度和进入所述基座的顶面的底面高度的平行微通道(28)的平冷却板，
具有限定歧管厚度的顶面和底面的歧管板(30)，且所述底面覆于所述微通道(28)之上并且具有在相对的端部(34)之间延伸的间隔边缘(32)，
所述盖(24)具有与所述基座接合的周边和与所述歧管板(30)的端部(34)接合的内肩(36)，以限定位于所述周边内并且与所述歧管板(30)的顶面接合的凹面(38)，
所述歧管板(30)的边缘(32)限定分别与所述内肩(36)隔开的进口边缘(32)和出口边缘(32)，以便在所述进口边缘(32)和所述内肩(36)之间限定进口压力室，且在所述出口边缘(32)和所述内肩(36)之间限定出口压力室，
位于在所述盖(24)内以使流体流入所述进口压力室的进口管(40)，
位于在所述盖(24)内以使流体流出所述出口压力室的出口管(42)，
所述歧管板(30)提供伸入所述进口边缘(32)的进口歧管通道(44)和伸入所述出口边缘(32)的出口歧管通道(46)，所述歧管通道分别与相对的边缘(32)呈隔开关系终止，
所述进口歧管通道(44)与所述出口歧管通道(46)交替以限定其间的壁厚，以使来自所述进口边缘(32)的歧管通道(44，46)与来自所述出口边缘(32)的歧管通道(44，46)交替，且所述歧管通道(44，46)具有歧管宽度和与歧管厚度相等的歧管高度，
所述盖(24)和所述基座为圆形，并且包括沿径向延伸的耳部(48)，以匹配接合并限定螺栓孔来将所述盖(24)密封于所述基座上，且所述歧管板(30)夹在其间；
具有与所述基座的底面接触的供热面积的所述热源(22)，
所述歧管通道(44，46)横向延伸穿过所述基座中的微通道(28)，由此，冷却剂从所述进口管(40)流入所述进口压力室并进入所述进口歧管通道(44)，在此使冷却剂流向下进入所述微通道(28)，在此所述冷却剂再次向上导引进入所述出口歧管通道(46)并流出而进入所述出口压力室以便从出口管(42)排出，来从与所述基座外部接合的所述热源(22)传送热量，
所述微通道(28)的底面宽度在40至100微米之间，
所述微通道(28)进入所述基座的底面高度在200至400微米之间，
所述歧管通道(44，46)的歧管高度在1000至3000微米之间，
所述歧管通道(44，46)的歧管宽度在350至1000微米之间，
所述壁厚为50微米，以及
所述热源(22)的供热面积与由所述微通道(28)所覆盖的所述基座的底面的有效传热面积之比在0.7至1之间。
5.一种从热源(22)向冷却剂流体传热的方法，包括以下步骤：
使冷却剂流入伸入歧管板(30)的进口边缘(32)的进口歧管通道(44)，在此使冷却剂流向下进入与所述歧管通道(44，46)交叉延伸的平行且隔开的微通道(28)，并将冷却剂再次向上引导进入并流出出口歧管通道(46)，所述出口歧管通道(46)延伸入所述歧管板(30)的出口边缘(32)并与所述进口歧管通道(44)交替，
将所述微通道(28)的底面宽度保持在40至100微米之间，
将所述微通道(28)的底面高度保持在200至400微米之间，
将所述歧管通道(44，46)的歧管高度保持在1000至3000微米之间，以及
将所述歧管通道(44，46)的歧管宽度保持在350至1000微米之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：将通过所述歧管通道(44，46)和所述微通道(28)的冷却剂的流速保持在0.2与0.3加仑/分钟之间。
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